石墨烯基黄酮类表面分子印迹聚合物的理论设计、制备及吸附性能
本文选题：石墨烯 切入点：氧化石墨烯 出处：《太原理工大学》2017年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：黄酮类化合物广泛存在于植物界中,是一类重要的天然多酚类化合物。由于天然产物体系的结构复杂、种类繁多,因此,从天然产物中分离纯化黄酮类化合物,极具挑战性。面对现阶段黄酮类化合物的表面分子印迹聚合物存在的吸附效率低、吸附容量不大及选择性不高的问题,本文从量子化学计算出发,通过合理设计槲皮素(Qu)印迹预组装体系,以石墨烯(Graphene)和氧化石墨烯(GO)为基体材料,利用表面分子印迹技术分别制备了石墨烯基分子印迹聚合物(MIPs/Graphene)和氧化石墨烯基分子印迹聚合物(MIPs/GO)用于选择性识别黄酮类物质Qu。对所制备的材料进行形貌、结构、组成分析和吸附性能研究,并探讨其吸附作用机理。具体研究结果如下:(1)Qu分子印迹预组装体系中功能单体及其与Qu分子间比例的优选。通过量子化学计算,对Qu分子结构进行几何优化,得到最稳定构象,并分析其羟基上H原子的Mulliken电荷数大小,得到其顺序从大到小依次为3′(0.290)4′(0.273)3(0.266)7(0.264)5(0.258),且推断出3′位上的H原子最易作为氢键给体而形成氢键。在此基础上,选择4-乙烯基吡啶(4-VP)、甲基丙烯酸(MAA)和丙烯酰胺(AM)与Qu分子分别构建复合物理论模型,计算其氢键结构参数和相互作用能,结果显示,4-VP单体与Qu分子所形成的氢键键长最短,键角最大,其间的相互作用能为㧟36.877 k J mol-1。因此,实验制备分子印迹聚合物(MIPs)以4-VP为功能单体。通过模拟计算不同比例下4-VP单体与Qu分子间的相互作用能,得到4-VP单体与Qu分子之间最合适的比例为4∶1,且Qu分子中5号位置羟基上的H原子与4号羰基上O原子之间形成了分子内氢键。综上所述,通过对Qu印迹预组装体系进行量子化学计算,确定最终用于制备MIPs的功能单体为4-VP,4-VP单体与Qu分子之间的比例为4∶1。(2)MIPs/Graphene的制备及吸附性能。以石墨烯为载体,在理论计算的基础上,基于石墨烯中C=C双键功能化修饰方法,采用自由基聚合法制备了Qu的MIPs/Graphene。选择吸附性能测试结果显示,MIPs/Graphene对Qu没有表现出选择性。经过分析,发现主要原因是所用Graphene上的含氧量或缺陷太少,使得Graphene表面印迹层接枝不完整,造成MIPs/Graphene没有表现出特异选择性。在通过理论计算分析原因过程中,还发现当Graphene存在于4-VP单体与Qu分子所形成的复合物中时,其对Qu的结合能力,要大于4-VP单体对Qu分子的结合能力,这说明Graphene对Qu具有很强的吸附能力。此研究结果为接下来选择GO作为表面分子印迹聚合物的载体提供了依据。(3)MIPs/GO的制备及吸附性能。以GO为载体,在理论计算的基础上,基于GO中含氧官能团功能化修饰方法,采用自由基聚合法制备了Qu的MIPs/GO。通过原子力显微镜表征MIPs/GO,结果显示,相较于GO,MIPs/GO表面的厚度增加到31.46 nm,说明MIPs层接枝到GO的表面。吸附性能测试结果表明,298 K下,MIPs/GO在初始浓度为100 mg L-1的Qu溶液中的吸附量为30.61 mg g-1,吸附平衡时间为30 min。吸附动力学和吸附等温行为分别可用准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型进行描述。选择性吸附实验表明,相对于Rutin和Kaempferol而言,MIPs/GO对Qu的选择性系数值分别达到了4.765和2.017,说明MIPs/GO对混合黄酮类物质中的Qu表现出了较高的选择性。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O631.3;O647.3
【参考文献】
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，本文编号：1648729
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